2.1.2. Влияние структуры шва на механические свойства

сварного соединения

Таким образом, механические свойства зон и участков сварного соединения неодинаковы. В зоне термического влияния наиболее низкие механические свойства наблюдаются у металла шва, на границе сплавления, участке перегрева и участке синеломкости. У наплавленного металла шва это объясняется литой структурой металла и вероятностью наличия дефектов (инородных включений, пор, непроваров и т. п.), в переходной зоне шва – тем, что структура стали состоит из литых зерен и крупных кристаллов перегретого металла с характерной для них низкой прочностью. На участке синеломкости также низкие пластичность и ударная вязкость. Такая разносвойственность участков сварного шва особенно резко проявляется при эксплуатации сварных конструкций, испытывающих динамические и циклические нагрузки.

Структурную неоднородность сварного соединения можно в определенной степени устранить термической обработкой. Если на термическую обработку возлагается только задача снятия внутренних напряжений, возникших в результате сварки, то можно ограничиться низкотемпературным отжигом при 500 – 600С с последующим медленным охлаждением.

Процесс сварки протекает в условиях непрерывного изменения температуры, деформаций, напряжений и структуры в околошовной зоне вследствие интенсивного местного неравномерного нагрева металла. Оценка изменения температуры в зоне термического влияния при сварке плавлением может быть сделана по результатам расчетов тепловых процессов [3, 5].

Параметры термического цикла (ПТЦ) околошовной зоны при однопроходной сварке изменяются в широких пределах в зависимости от толщины листов основного металла. Наиболее эффективным средством изменения параметров термического цикла является предварительный или сопутствующий подогрев места сварки (последующее снижение скорости охлаждения для уменьшения закалочных явлений). Однако подогрев иногда не может быть использован из-за возможности чрезмерного роста зерна стали (перегрева), образования околошовных горячих трещин или из-за трудности осуществления.

В случае многослойной сварки параметры термического цикла в ОШЗ (при укладке первого слоя многослойного шва длинными участками) принципиально не отличаются от параметров однопроходной наплавки или сварки. Расчеты основываются на одних и тех же схемах. Металл в околошовной зоне каждого предыдущего слоя, до момента начала укладки следующего, успевает почти полностью охладиться. Однако последующие слои охлаждаются все-таки несколько медленнее, чем первый. В отношении возможности воздействия на структуру и свойства металла шва и ОШЗ этот способ обладает двумя существенными преимуществами:

резкое снижение длительности пребывания металла при температуре интенсивного роста зерен; т. е. чем больше число укладываемых слоев, тем меньше погонная энергия дуги, и продолжительность пребывания металла при температуре выше 900С;

положительное воздействие теплоты последующего слоя на формирование структуры предыдущего.

Благодаря этим преимуществам способ многослойной сварки длинными участками является основным технологическим вариантом для соединения большинства элементов конструкций средней и большой толщины из перлитных и мартенситных сталей.

вследствие непрерывного суммирования тепловых полей при многослойной сварке короткими участками с последовательным наложением слоев можно получить в околошовной зоне первого слоя сложный термический цикл с малой длительностью пребывания выше 900С, подобный циклу изотермической закалки. Этот цикл позволяет в околошовной зоне и шве при сварке сталей, склонных к образованию мартенситной структуры, получить твердый, относительно вязкий и пластичный металл со структурой бейнита.

Прочность сварного соединения зависит также от дефектов, не связанных со структурными превращениями, – это неправильное формирование шва, образование наплывов и подрезов, образование трещин при неравномерной усадке в процессе кристаллизации металла шва. При затвердевании объем шва уменьшается, а основной металл препятствует этой усадке. В результате могут образоваться значительные внутренние напряжения и даже трещины.